DE69009744T3 - Probes, equipment and methods for detection and differentiation of mycobacteria - Google Patents
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Description
FACHGEBIETAREA OF EXPERTISE
Die vorliegende Erfindung betrifft Gensonden, Sets und Verfahren zur Detektion und Unterscheidung von Mycobakterien. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung Gensonden, Sets und Verfahren zur Diagnose von Tuberkulose und/oder für epidemiologische Untersuchungsinstrumente zur Erforschung der Entwicklung von Infektionen, die durch Bestandteile des M.-tuberculosis-Komplexes verursacht werden.The The present invention relates to gene probes, kits and methods for Detection and differentiation of mycobacteria. In particular, the Present invention Gene probes, sets and methods for diagnosis tuberculosis and / or epidemiological Investigation tools to study the development of infections, caused by components of the M. tuberculosis complex become.
VERWANDTE GEBIETERELATED AREAS
In manchen Industriestaaten, u.a. Großbritannien, ist Tuberkulose zahlenmäßig eine der häufigsten Infektionskrankheiten, und dennoch ist kaum etwas über den Mechanismus der Pathogenität von M. tuberculosis bekannt. In den Entwicklungsländern oder der "dritten Welt" ist diese Krankheit ein endemisches Gesundheitsproblem für große Teile der Bevölkerung, und die Behandlung umfasst Langzeitbehandlungen mit Kombinationen von Antibiotika. Es ist durchwegs bekannt, dass eines der Hauptprobleme im Kampf gegen Tuberkulose das Fehlen einer einfachen, verlässlichen und beständigen Serodiagnostik oder eines Gensondentests ist. Diese sind notwendig, da derzeitige diagnostische Tests, sogar jene, die in technologisch fortgeschrittenen Ländern erhältlich sind, kaum spezifisch und unempfindlich sind und auf einer Kombination aus relativ oberflächlicher Symptomologie und Radiographie und Färben zur Detektion von säurebeständigen Bazillen und bakteriellen Kulturen beruht. Die ersten zwei sind weit verbreitete variable Eigenschaften, und die zweiten zwei sind offenkundig unzuverlässig. Insbesondere bei gegenwärtig erhältlichen Tests können möglicherweise mehrere Wochen erforderlich sein, um ein endgültiges Resultat zu erhalten, und die Detektion einer geringen Anzahl an M.-tuberculosis-Bakterien in stark verunreinigten Proben ist oft schwierig. Die spezifische Identifikation von Mycobakterien ist auch schwierig, und insbesondere die Unterscheidung zwischen den Mitgliedern des M.-tuberculosis-Komplexes: M. tuberculosis selbst, dem bovinen Stamm M. bovis, M. africanum, M. microti und dem Vakzinenstamm BCG (der bei immungeschwächten Menschen zu Erkrankungen führen kann). Zahlreiche Versuche wurden unternommen, um neue Labortests für Tuberkulose zu entwickeln, doch all diese Versuche wiesen unzulängliche Spezifität und/oder Empfindlichkeit auf. Gensonden für spezifische DNA-Sequenzen des Organismus können geringe Mengen an mycobakteriellem Genom mittels Verfahren verlässlich nachweisen, die keinen ausgedehnten Kultivierungsschritt oder die arbeitsaufwendige Untersuchung durch ausgebildetes Personal von gefärbten Sputumabstrichen erfordern. Gensondenanalyse bietet ein empfindliches Verfahren zur raschen Detektion geringer Anzahlen spezifischer Bakterien in Gegenwart anderer Organismen.In some industrialized countries, i.a. Britain, is tuberculosis in number one the most common Infectious diseases, and yet is little about the Mechanism of pathogenicity known by M. tuberculosis. In developing countries or the "third world" is this disease an endemic health problem for large parts of the population, and the treatment includes long-term treatments with combinations of antibiotics. It is well known that one of the main problems in the Fight against tuberculosis the lack of a simple, reliable and stable Serodiagnostik or a gene probe test is. These are necessary because current diagnostic tests, even those in technological advanced countries are available, are hardly specific and insensitive and on a combination from relatively superficial Symptomology and radiography and staining for the detection of acid-resistant bacilli and bacterial cultures. The first two are widespread variable Characteristics, and the second two are obviously unreliable. Especially at present available Tests can possibly several Weeks are required to get a final result, and the detection of a small number of M. tuberculosis bacteria in highly contaminated Samples are often difficult. The specific identification of mycobacteria is also difficult, and in particular the distinction between the members of the M. tuberculosis complex: M. tuberculosis itself, the bovine strain M. bovis, M. africanum, M. microti and the vaccine strain BCG (the immunocompromised Lead people to diseases can). Numerous attempts have been made to introduce new laboratory tests for tuberculosis but all these attempts proved inadequate specificity and / or sensitivity. Gene probes for specific DNA sequences of the organism reliably detect small amounts of mycobacterial genome by means of procedures, which does not require extensive cultivation or labor intensive work Examination by trained staff of dyed sputum smears require. Gene probe analysis provides a sensitive procedure for rapid detection of small numbers of specific bacteria in the presence other organisms.
Gleichwohl sie ein bedeutendes gesundheitliches Problem für Menschen bedeuten, stellen Infektionen, die durch Mycobakterien verursacht werden, auch ein bedeutendes gesundheitliches Problem für Vieh, Rotwild, Schafe und Dachse dar, und die hierin bereitgestellten Sonden sind auch für Instrumente für diagnostische/epidemiologische Studien zur Verwendung in Bezug auf diese Arten nützlich.nevertheless they pose a significant health problem for people Infections caused by mycobacteria, also a significant health problem for livestock, deer, sheep and Badgers, and the probes provided herein are also for instruments for diagnostic / epidemiological Studies useful for use in relation to these species.
Gensonden zur Identifikation von Stämmen des M.-tuberculosis-Komplexes sind im Handel erhältlich, hängen jedoch von der Detektion ribosomaler DNA ab und erfordern, dass die Bakterien in einem ersten Schritt kultiviert werden. Obwohl diese Gensonden in der Lage sind, den M.-tuberculosis-Komplex zu identifizieren, sind sie nicht zur Detektion von Bakterien in einem Sputum-Muster geeignet. Der Kultivierungsschritt erhöht auch die Testdauer, was von Nachteil ist.gene probes for identification of strains of the M. tuberculosis complex are commercially available but are dependent on detection ribosomal DNA and require that the bacteria in a first Step cultivated. Although these gene probes are capable of To identify the M. tuberculosis complex they are not to Detection of bacteria in a sputum pattern suitable. The cultivation step elevated also the test duration, which is disadvantageous.
Hierin beschrieben ist die Isolierung und das Klonieren eines Fragments von M.-tuberculosis-DNA, die ein repetitives Element enthält, das für den M.-tuberculosis-Komplex spezifisch ist. Dieses Fragment hybridisiert an zahlreiche polymorphe Restriktionsfragmente in verschiedenen Isolaten von M. tuberculosis und ist daher in der Lage, Isolate für Studien zur Übertragung von Tuberkulose mit einem Fingerprint zu versehen. Nur einige wenige hybridisierende Banden werden in Verdauen von M.- bovis- oder BCG-DNA nachgewiesen, und die Sonde hat daher die einzigartige Fähigkeit, rasch zwischen diesen unterschiedlichen Bestandteilen des M.-tuberculosis-Komplexes zu unterscheiden.Here in described is the isolation and cloning of a fragment M. tuberculosis DNA, which contains a repetitive element, that for the M. tuberculosis complex is specific. This fragment hybridizes to numerous polymorphs Restriction fragments in various isolates of M. tuberculosis and is therefore able to transfer isolates for studies tuberculosis with a fingerprint. Only a few hybridizing bands are detected in digestions of M. bovis or BCG DNA, and The probe therefore has the unique ability to intervene quickly different components of the M. tuberculosis complex.
Manche repetitive Elemente wurden aus mycobakteriellen Spezies bereits isoliert, umfassend eines aus M. leprae (J.E. Clark-Curtiss & G.P. Walsh, Journal of Bacteriology 171, 4844–4851 (1989); J.E. Clark-Curtiss & M.A. Docherty, Journal of Infectious Diseases 159, 7–15 (1989); und C.M. Grosskinsky, W.R. Jacobs, J.E. Clark-Curtiss & B.R. Bloom, Infection and Immunity 57, 1535–1541 (1989)) und die Insertionssequenz IS900 aus M. paratuberculosis (E.P. Green, M.L.M. Tizard, M.T. Moss, J. Thompson, D.J. Winterbourne, J.J. McFadden & J. Hermon-Taylor, Nucleic Acids Research 17, 9063–9072 (1989)). Diese repetitiven Elemente sind jedoch beide Spezies-spezifisch und scheinen ein konstantes Hybridisierungsmuster mit Stämmen aus verschiedenen Quellen aufzuweisen.Some repetitive elements have been from mycobacterial species already isolated, comprising one of M. leprae (J.E. Clark-Curtiss & G. P. Walsh, Journal of Bacteriology 171, 4844-4851 (1989); J.E. Clark-Curtiss & M.A. Docherty, Journal of Infectious Diseases 159, 7-15 (1989); and C.M. Grosskinsky, W.R. Jacobs, J.E. Clark-Curtiss & B.R. Bloom, Infection and Immunity 57, 1535-1541 (1989)) and the insertion sequence IS900 from M. paratuberculosis (E.P. Green, M. L. M. Tizard, M. T. Moss, J. Thompson, D.J. Winterbourne, J.J. McFadden & J. Hermon-Taylor, Nucleic Acids Research 17, 9063-9072 (1989)). However, these repetitive elements are both species-specific and appear to have a constant hybridization pattern with strains various sources.
Diese Anmeldung beschreibt die Charakterisierung und Sequenzanalyse eines repetitiven Elements, die es als ein Mitglied der IS3-Familie von Insertionssequenzen identifiziert, von der einige Mitglieder bereits aus Spezies der Enterobacteriaceae charakterisiert wurden.This application describes the characterization and sequence analysis of a repetitive element that identifies it as a member of the IS3 family of insertion sequences, some of which already characterized from species of Enterobacteriaceae.
Nun wurde herausgefunden, dass DNA-Sonden mit möglichen Anwendungen bei der allgemeinen Diagnose von Mycobakterien und bei der spezifischen Diagnose von Tuberkulose aus Desoxyribonucleotid-Sequenzen abgeleitet werden können, die fähig sind, mit jenen in einem natürlich vorkommenden Plasmid vorhandenen Sequenzen zu hybridisieren.Now It has been found that DNA probes with potential applications in the general diagnosis of mycobacteria and in the specific Diagnosis of tuberculosis derived from deoxyribonucleotide sequences can be the capable are, with those in a natural hybridize existing plasmid existing sequences.
Im Rahmen einer Untersuchung zur antibiotischen Resistenz wurde die Gegenwart von Plasmiden in M. tuberculosis durch Hybridisieren der Gesamt-DNA von drei klinischen Isolaten mit DNA von einem natürlich vorkommenden Plasmid erforscht, das bekanntlich in M. fortuitum existiert (A. Labidi, C. Dauguet, K.S. Goh & H.L. David, Plasmid profiles of Mycobakterium fortuitum complex isolates. Current Microbiology 11, 235–240 (1984)). Plasmide wurden bisher in M. tuberculosis noch nicht gefunden, und man hoffte, dass sie durch die Verwendung der M.-fortuitum-Plasmid-DNA als eine Sonde offengelegt würden. Überraschenderweise zeigte sie, wenn sie auch nicht die Gegenwart irgendeines Plasmids in M. tuberculosis aufdeckte, dass es chromosomale M.-tuberculosis-DNA-Fragmente gibt, die mit der Plasmid-DNA hybridisieren können. Darüber hinaus war bei Gesamt-DNA von den drei klinischen Isolaten, die mit Restriktions-Endonucleasen BamHI oder PvuII verdaut wurden, die Größe der hybridisierenden Fragmente nicht für jeden Stamm dieselbe.in the The scope of an antibiotic resistance study was the Presence of plasmids in M. tuberculosis by hybridizing the Total DNA from three clinical isolates with DNA from a naturally occurring one Researching plasmid known to exist in M. fortuitum (A. Labidi, C. Dauguet, K.S. Goh & H.L. David, Plasmid profiles of mycobacterium fortuitum complex isolates. Current Microbiology 11, 235-240 (1984)). Plasmids have not yet been found in M. tuberculosis, and hoped that by using the M. fortuitum plasmid DNA as one Probe would be disclosed. Surprisingly showed them, even if they were not the presence of any plasmid in M. tuberculosis revealed that there are M. tuberculosis chromosomal DNA fragments which can hybridize with the plasmid DNA. In addition, total DNA was present of the three clinical isolates with restriction endonucleases BamHI or PvuII were digested, the size of the hybridizing fragments not for every tribe the same.
Gensonden zur Detektion mycobakterieller Infektion können, je nach Einzigartigkeit der Gensequenzen, die sie in einem bakteriellen Genom nachweisen, für eine bestimmte Familie, Gattung, Spezies oder einen bestimmten Stamm, unterschiedliche Spezifitätsgrade aufweisen. Sonden unterschiedlicher Spezifität können je nach der erforderlichen klinischen Analyse von Nutzen sein. So könnte eine Sonde ein Sequenzmuster nachweisen, das in zahlreichen unterschiedlichen Spezies (z.B. M. tuberculosis und M. bovis) innerhalb einer bestimmten Gattung (z.B. Mycobakterium) zu finden ist. In anderen Fällen können Gensonden für eine bestimmte Spezies, und sogar für verschiedene Stämme dieser Spezies, spezifisch sein.gene probes to detect mycobacterial infection, depending on the uniqueness the gene sequences that they detect in a bacterial genome, for one certain family, genus, species or a particular strain, different degrees of specificity exhibit. Probes of different specificity may be required be of clinical benefit. So a probe could be a sequence pattern detected in many different species (e.g. tuberculosis and M. bovis) within a particular genus (e.g. Mycobacterium) can be found. In other cases, gene probes may be for a given Species, and even for different tribes of this species, to be specific.
Diese variierende Spezifität von Gensonden hat einen praktischen Wert. Beispielsweise kann es für eine erste Diagnoselinie besser sein, eine Sonde zu verwenden, die allgemeine mycobakterielle Infektion nachweist, und anschließend, sofern notwendig, Sonden zur Feinabstimmung einzusetzen, um zu diagnostizieren, welche Spezies von Mycobakterien involviert sind.These varying specificity of gene probes has a practical value. For example, it may be for a first Diagnostic line be better to use a probe, the general mycobacterial infection, and subsequently, if necessary to use probes for fine-tuning to diagnose, which species of mycobacteria are involved.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNGEPIPHANY THE INVENTION
Die vorliegende Erfindung stellt eine Nucleotidsonde zur Diagnose und/oder epidemiologischen Untersuchung mycobakterieller Infektion bereit, die mit genomischer M.-tuberculosis-DNA hybridisiert, die durch das Screenen einer genomischen M.-tuberculosis-Bibliothek mit DNA eines Plasmids von M. fortuitum erhältlich ist.The The present invention provides a nucleotide probe for diagnosis and / or epidemiological investigation of mycobacterial infection ready which hybridizes with genomic M. tuberculosis DNA by screening a genomic M. tuberculosis library with a DNA Plasmids from M. fortuitum available is.
Die vorliegende Erfindung stellt auch eine Nucleotidsonde zur Diagnose und/oder epidemiologischen Untersuchung von mycobakterieller Infektion bereit, die mit genomischer DNA von M. tuberculosis und mit DNA eines Plasmids von M. fortuitum hybridisiert.The The present invention also provides a nucleotide probe for diagnosis and / or epidemiological investigation of mycobacterial infection, those with genomic DNA from M. tuberculosis and with DNA from a plasmid hybridized by M. fortuitum.
Die
Erfinder offenbaren eine Nucleotidsonde zur Diagnose und/oder epidemiologischen
Untersuchung von mycobakterieller Infektion, die die hierin in
Auch stellt die Erfindung eine Nucleotidsonde zur Diagnose und/oder epidemiologischen Untersuchung mycobakterieller Infektion bereit, worin die genomische Bibliothek aus dem M.-tuberculosis-Stamm 50410 erhältlich ist.Also the invention provides a nucleotide probe for diagnosis and / or epidemiological Examination of mycobacterial infection ready, wherein the genomic Library from the M. tuberculosis strain 50410 is available.
Die
Erfinder offenbaren auch eine Nucleotidsonde zur Diagnose und/oder
epidemiologischen Untersuchung von mycobakterieller Infektion, die
die entweder in
Die
Nucleotidsonde kann eine Insertionselement-Nucleotidsequenz umfassen
oder mit ihr teilweise oder zur Gänze hybridisieren, die im Genom von
M.-tuberculosis-Stamm
50410 durch zwei invertierte Wiederholungssequenzen gebunden ist
und die für
das Nucleotid kodierende Sequenz enthält die in
Auch
stellt die vorliegende Erfindung eine Nucleotidsonde zur Diagnose
und/oder epidemiologischen Untersuchung von mycobakterieller Infektion bereit,
die eine flankierende Nucleotidsequenz umfasst oder mit ihr hybridisiert,
die im Genom des M.-tuberculosis-Stamms 50410 neben einer Insertionselement-Nucleotidsequenz
auftritt, durch zwei invertierte Wiederholungssequenzen gebunden
ist und die die für
das Nucleotid kodierende Sequenz enthält, die in
Die
Nucleotidsonde kann beispielsweise die flankierende Nucleotidsequenz
umfassen oder teilweise oder zur Gänze mit ihr hybridisieren,
die stromab vom 3'-Ende
der Base 896 in
Die
vorliegende Erfindung stellt auch eine Nucleotidsonde zur Diagnose
und/oder epidemiologischen Untersuchung von mycobakterieller Infektion bereit,
die etwa eine 1,9-kb-Nucleotidsequenz umfasst oder teilweise oder
zur Gänze
mit ihr hybridisiert, die im Genom von M.-tuberculosis-Stamm 50410
unmittelbar stromab vom 3'-Ende
der in
Die
Erfinder offenbaren auch eine Nucleotidsonde zur Diagnose und/oder
epidemiologischen Untersuchung mycobakterieller Infektion, die eine
Nucleotidsequenz umfasst oder teilweise oder zur Gänze stark
mit ihr hybridisiert, die im Genom von M.-tuberculosis-Stamm 50410
auftritt und durch die Restriktionskarte, wie sie in
Die hierin offenbarte Nucleotidsonde kann zur Diagnose und/oder epidemiologischen Untersuchung von mycobakterieller Infektion verwendet werden. Die Nucleotidsonden können in der Lage sein, zwischen verschiedenen Stämmen von M. tuberculosis zu unterscheiden. Die Nucleotidsonden können in der Lage sein, zwischen M. tuberculosis, M. bovis und BCG zu unterscheiden. Die Nucleotidsonden können eventuell keine signifikante Hybridisierung mit M. paratuberculosis, M. intracellulare, M. scrofulaceum, M. phlei, M. fortuitum, M. chelonei, M. kansasii, M. avium, M. malnioense, M. flavescens und M. gordonae aufweisen.The Nucleotide probe disclosed herein may be used for diagnosis and / or epidemiological Examination of mycobacterial infection can be used. The Nucleotide probes can to be able to between different strains of M. tuberculosis too differ. The nucleotide probes may be capable of being between M. tuberculosis, M. bovis and BCG. The nucleotide probes may possibly no significant hybridization with M. paratuberculosis, M. intracellulare, M. scrofulaceum, M. phlei, M. fortuitum, M. chelonei, M. kansasii, M. avium, M. malnioense, M. flavescens and M. gordonae.
Die Nucleotidsonden der vorliegenden Erfindung können zur Detektion von Mycobakterien in klinischen Proben mittels Verfahren der Dot-Blot-Analyse, Flüssigkeitshybridisierung, Southern-Blot-Analyse oder Polymerase-Kettenreaktion verwendet werden. Die klinischen Proben können Sputum, Urin, Zerebrospinalflüssigkeit, Gewebeproben, Blut und andere Körperflüssigkeiten umfassen.The Nucleotide probes of the present invention can be used to detect mycobacteria in clinical samples by dot-blot analysis, liquid hybridization, Southern blot analysis or polymerase chain reaction can be used. The clinical samples can Sputum, urine, cerebrospinal fluid, Tissue samples, blood and other body fluids include.
Die vorliegende Erfindung umfasst auch Diagnosesets, umfassend die Nucleotidsonden gemäß den beiliegenden Ansprüchen.The The present invention also includes diagnostic kits comprising the nucleotide probes according to the enclosed Claims.
Die vorliegende Erfindung stellt auch ein Verfahren zur Detektion, Unterscheidung und/oder Charakterisierung von Mycobakterien in klinischen Proben zur epidemiologischen Untersuchung bereit, das die Verwendung der hierin beanspruchten Nucleotidsonden umfasst.The The present invention also provides a method for detection, discrimination and / or characterization of mycobacteria in clinical samples ready for epidemiological inquiry into the use of Nucleotide probes claimed herein.
Die vorliegende Erfindung stellt auch Verfahren zur Herstellung der Nucleotidsonden bereit.The The present invention also provides methods for making the Nucleotide probes ready.
Die vorliegende Erfindung stellt auch ein Verfahren zur Unterscheidung bakterieller Bestandteile des M.-tuberculosis-Komplexes sowohl untereinander als auch von anderen Bakterien, die nicht zum Komplex gehören, und zur Charakterisierung dieser bereit, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: i) den Verdau von DNA von einer Bakterienprobe mit einem bestimmten Restriktionsenzym; und ii) die Durchführung von Hybridisierungsanalyse unter Verwendung einer Nucleotidsonde gemäß den Ansprüchen.The The present invention also provides a method of discrimination bacterial constituents of the M. tuberculosis complex with each other as well as other bacteria that do not belong to the complex, and to characterize this ready, the method being the following includes: i) digesting DNA from a bacterial sample with a certain restriction enzyme; and ii) performing hybridization analysis using a nucleotide probe according to the claims.
Die die Gensonde umfassende Nucleotidsequenz muss nicht notwendigerweise eine Restriktionsstelle für das Restriktionsenzym enthalten.The the nucleotide sequence comprising the gene probe does not necessarily have to a restriction site for contain the restriction enzyme.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENSUMMARY THE DRAWINGS
Um die vorliegende Erfindung deutlicher zu veranschaulichen, werden die Ausführungsformen nun, nur beispielhaft, im Detail und unter Verweis auf die hierin dargestellten Figuren beschrieben, worin:Around to more clearly illustrate the present invention the embodiments now, by way of example only, in detail and with reference to the drawings set forth herein Figures described in which:
ARTEN DER DURCHFÜHRUNG DER ERFINDUNGTYPES OF IMPLEMENTATION OF INVENTION
Sonden 9 und 5Probes 9 and 5
Als ein Teil einer Untersuchung hinsichtlich der möglichen Gegenwart von Plasmiden in klinischen Isolaten von M. tuberculosis wurde Gesamt-DNA von drei solchen Isolaten Southern-Blotting unterzogen und mit einen natürlich vorkommenden Plasmid von M. fortuitum sondiert. Dieses Plasmid, das als pUS300 bezeichnet wird, wurde von M.-fortuitum-Stamm CIPT 14-041-0003 in der Collection de I'Institut Pasteur, Tuberculose, Paris, Frankreich (hinterlegt am 21. Februar 1990 bei der National Collection of Type Cultures, Colindale, London, UK NW9 5HT, unter der Zugriffszahl NCTC 12381), erhalten. Die Ergebnisse zeigten, dass in den Stämmen von M. tuberculosis chromosomale DNA-Fragmente vorhanden waren, die in der Lage waren, an dieses M.-fortuitum-Plasmid zu hybridisieren, und sie zeigten auch, dass in Material, das mit BamHI oder PvuII verdaut wurde, die Größe der Hybridisierungsfragmente nicht in jedem Stamm dieselbe war.When part of a study regarding the possible presence of plasmids in clinical isolates of M. tuberculosis was total DNA of three such isolates were subjected to Southern blotting and using a Naturally occurring plasmid probed by M. fortuitum. This plasmid, termed pUS300 was obtained from M. fortuitum strain CIPT 14-041-0003 in the Collection de I'Institut Pasteur, Tuberculose, Paris, France (deposited February 21, 1990 at the National Collection of Type Cultures, Colindale, London, UK NW9 5HT, below the traffic NCTC 12381). The results showed that in the strains of M. tuberculosis chromosomal DNA fragments were present, the were able to hybridize to this M. fortuitum plasmid, and they also showed that in material using BamHI or PvuII digested, the size of the hybridization fragments not the same in every tribe.
Um diese Hybridisierungsfragmente zu isolieren, wurde eine Gesamt-DNA-Bibliothek aus einem klinischen Isolat von M. tuberculosis (Stamm 50410, erhalten vom Public Health Laboratory, Dulwich, London, England) im Lambda-Phagenvektor EMBL4 durch Ligation eines partiellen Sau3Al-Verdaus der M.-tuberculosis-DNA mit BamHI-verdautem EMBL4 konstruiert. Die Bibliothek wurde mit einer DNA-Sonde, die durch Markieren eines rekombinanten Plasmids pUS301 abgeleitet wurde, gescreent. Dieses Plasmid wurde durch Ligieren eines EcoRI-Verdaus von Plasmid pUS300 mit einem EcoRI-Verdau des E.-coli-Plasmidvektors pUC19 konstruiert. Positive Plaques wurden durch weitere Durchgänge an Plaque-Screening gereinigt. Die nachstehend beschriebenen Sonden wurden vom rekombinanten Phagen, der als EMBL4/A-3-Klon bezeichnet wird (hinterlegt am 21. Februar 1990 bei der National Collection of Type Culture, Colindale, London, UK NW9 5HT, unter der Zugriffszahl NCTC 12380), aus einem der positiven, in diesem Verfahren erhaltenen Plaques erhalten.Around To isolate these hybridization fragments became a total DNA library from a clinical isolate of M. tuberculosis (strain 50410) from the Public Health Laboratory, Dulwich, London, England) in the lambda phage vector EMBL4 by ligation of a partial Sau3Al digest of M. tuberculosis DNA with BamHI-digested EMBL4 constructed. The library was probed with a DNA probe Labeling a recombinant plasmid pUS301 was derived, screened. This plasmid was constructed by ligating an EcoRI digest of plasmid pUS300 with an EcoRI digest of the E. coli plasmid vector constructed pUC19. Positive plaques were confirmed by further rounds of plaque screening cleaned. The probes described below were obtained from the recombinant Phage, called the EMBL4 / A-3 clone filed on February 21, 1990 at the National Collection of Type Culture, Colindale, London, UK NW9 5HT, under the access number NCTC 12380), from one of the positive, in this Obtained method obtained plaques.
Die DNA von diesem rekombinanten Phagen EMBL4/A-3-Klon wurde extrahiert und mit EcoRI verdaut. Agarosegel-Elektrophorese und Southern-Blotting zeigten, dass EcoRI-verdautes EMBL4/A-3 eine Reihe an Fragmenten enthielt, umfassend eines von etwa der Größe von 9.000 Basenpaaren (9 kb) und eines von etwa der Größe von 5.000 Basenpaaren (5 kb), die mit dem Plasmid pUS300 hybridisierten. Diese Fragmente wurden jeweils vom Gel abgetrennt und als Sonde 9 (das 9-kb-Fragment) bzw. Sonde 5 (das 5-kb-Fragment) bezeichnet. Das Isolieren der Sonde 5 durch Hybridisierung mit M.-fortuitum-Plasmid pUS300 ist in Zainuddin und Dale, J. Gen. Micro. 135, 2347–2355 (1989), ausführlicher beschrieben.The DNA from this recombinant phage EMBL4 / A-3 clone was extracted and digested with EcoRI. Agarose gel electrophoresis and Southern blotting showed that EcoRI-digested EMBL4 / A-3 contains a number of fragments comprising one of about the size of 9,000 base pairs (9 kb) and one of about the size of 5,000 Base pairs (5 kb) that hybridized with the plasmid pUS300. These Fragments were each separated from the gel and used as probe 9 (the 9 kb fragment) or probe 5 (the 5 kb fragment). The Isolate probe 5 by hybridization with M. fortuitum plasmid pUS300 is in Zainuddin and Dale, J. Gen. Micro. 135, 2347-2355 (1989), in more detail described.
Das
5-kb-EcoRI-Fragment aus dem Lambda-Klon A3 (Z.F. Zainuddin & J.W. Dale, Journal
of General Microbiology 135, 2347–2355 (1989)) wurde unter Verwendung
des Plasmidvektors pAT153 kloniert, um Plasmid pRP5000 zu erzeugen.
Der Verdau des Insertfragments von pRP5000 mit Pvull erzeugte drei
Fragmente, als 5A, 5B und 5C bezeichnet (
Spezifische
Subfragmente aus pRP5000, pRP5200 und pRP5300, die unter Verwendung
von BamHI, Xhol, HindIII und Sa1I (
Suchen wurden in GenBank, EMBL, NBRF und SwissProt-Datenbanken unter Verwendung des SEQ-NET-Knotenpunkts bei der SERC-Einrichtung in Daresbury mittels des UWGCG-Pakets und des WordSearch-Programms (J. Devereux, P. Haeberli & O. Smithies, Nucleic Acids Research 12, 387–395 (1984); und W.J. Wilbur & D.J. Lipman, Proceedings of the National Academy of Sciences USA 80, 726–730 (1983)) und des NAQ-Programms von der Protein Identification Resource durchgeführt. Sequenzanalysen wurden mit dem Staden-Plus-Paket (Amersham) mittels DIAGON (R. Staden, Nucleic Acids Research 10, 2951-2961 (1982)) zum Sequenzvergleich und mittels Positional Base Preference- (R. Staden, Nucleic Acids Research 12, 551–567 (1984)) und Shepherd RNY- (J.C.W. Shepherd, Proceedings of the National Academy of Sciences USA 78, 1596–1600 (1981)) Verfahren zur Identifikation von Leserastern durchgeführt, ergänzt durch die Verwendung von Codon-Präferenzanalyse (R. Staden & A.D. McLachlan, Nucleic Acids Research 10, 141–156 (1982)) auf Grundlage einer Tabelle über bevorzugte Codon-Verwendung bei M. tuberculosis (J.W. Dale und A. Patki, in: The Molecular Biology of Mycobacteria (J.J. McFadden Hrsg.), im Druck (1990)). Mehrfache Sequenzabgleichungen wurden mit der CLUSTAL-Software (D.C. Higgins & P.M. Sharp, Gene 73, 237–244 (1988)), ergänzt durch händische Einstellung, durchgeführt.Search were used in GenBank, EMBL, NBRF and SwissProt databases of the SEQ-NET node at the SERC facility in Daresbury the UWGCG package and the WordSearch program (J. Devereux, P. Haeberli & O. Smithies, Nucleic Acids Research 12, 387-395 (1984); and W.J. Wilbur & D.J. Lipman, Proceedings of the National Academy of Sciences USA 80, 726-730 (1983)) and the NAQ program performed by the Protein Identification Resource. sequence analysis were with the Staden Plus package (Amersham) using DIAGON (R. Staden, Nucleic Acids Research 10, 2951-2961 (1982)) for sequence comparison and by Positional Base Preference (R. Staden, Nucleic Acids Research 12, 551-567 (1984)) and Shepherd RNY (J.C.W. Shepherd, Proceedings of the National Academy of Sciences USA 78, 1596-1600 (1981)) Method of identification conducted by reading frames, supplemented by the use of codon preference analysis (R. Staden & A.D. McLachlan, Nucleic Acids Research 10, 141-156 (1982)) a table over preferred codon usage in M. tuberculosis (J.W. Dale and A. Patki, in: The Molecular Biology of Mycobacteria (J.J. McFadden Ed.), In press (1990)). Multiple sequence matches were made with the CLUSTAL software (D.C. Higgins & P. M. Sharp, Gene 73, 237-244 (1988)), supplemented by manual Attitude, performed.
Sonde 9 Probe 9
Sonde 9 wurde radioaktiv mit 32P unter Verwendung des „Multiprime Random Primer Extension"-Verfahrens (Amersham) markiert und an Southern-Blots von PvuII-verdauter Gesamt-DNA aus acht klinischen Isolaten von M. tuberculosis (Isolat-Nummern 50.410, 60.925, 61.066, 61.104, 61.125, 61.267, 61.377, 61.513) sowie M. bovis (Feldstamm, Central Veterinary Laboratory) und BCG (NCTC 5.692) hybridisiert. Nach der Agarosegel-Elektrophorese wurden die DNA-Fragmente auf ein Hybond-N-Filter übertragen und durch einstündiges Backen bei 80 °C fixiert. Das Filter wurde bei 68 °C in Hybridisierungspuffer vorhybridisiert. Die Hybridisierung mit der Sonde wurde in demselben Puffer bei 68 °C über Nacht durchgeführt.Probe 9 was radiolabeled with 32 P using the "Multiprime Random Primer Extension" method (Amersham) and Southern blots of PvuII-digested total DNA from eight clinical isolates of M. tuberculosis (isolate numbers 50,410, 60,925, 61,066, 61,104, 61,125, 61,267, 61,377, 61,513) as well as M. bovis (field strain, Central Veterinary Laboratory) and BCG (NCTC 5,692) After agarose gel electrophoresis, the DNA fragments were transferred to a Hybond-N filter and by baking for one hour at 80 ° C. The filter was prehybridized in hybridization buffer at 68 ° C. Hybridization with the probe was carried out in the same buffer at 68 ° C. overnight.
Der
Hybridisierungspuffer bestand aus 5X Denhardts Lösung, 5X SSPE-Puffer, 0,2 %
Natriumdodecylsulfat (SDS) und 100 μg/ml beschallte Lachssperma-DNA.
Die Denhardts Lösung
und der SSPE-Puffer wurden als Stammlösungen wie folgt hergestellt:
50X
Denhardts Lösung:
0,5 g FicoIITM (MG 400.000), 0,5 g Polyvinylpyrrolidon
(MG 40.000), 0,5 g Rinderserumalbumin wurden in sterilem, entionisiertem,
destilliertem Wasser zu einem Endvolumen von 50 ml aufgelöst, das
in Aliquoten aufgeteilt und bei –20 °C gelagert wurde.
20X SSPE-Puffer:
3,6 M NaCl, 20 mM Ethylendiamintetraessigsäure (EDTA), 0,2 M NaH2PO4/Na2HPO4, pH 7,7, wurden in entionisiertem, destilliertem
Wasser aufgelöst
und autoklaviert.The hybridization buffer consisted of 5X Denhardt's solution, 5X SSPE buffer, 0.2% sodium dodecyl sulfate (SDS) and 100 μg / ml sonicated salmon sperm DNA. Denhardt's solution and SSPE buffer were prepared as stock solutions as follows:
50X Denhardt's solution: 0.5 g of FicoII ™ (MW 400,000), 0.5 g of polyvinylpyrrolidone (MW 40,000), 0.5 g of bovine serum albumin were dissolved in sterile, deionized, distilled water to a final volume of 50 ml, which was divided into aliquots and stored at -20 ° C.
20X SSPE Buffer: 3.6 M NaCl, 20 mM ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA), 0.2 M NaH 2 PO 4 / Na 2 HPO 4 , pH 7.7 were dissolved in deionized, distilled water and autoclaved.
Das Filter wurde dann zweimal mit 2X SSC gewaschen, einmal mit 2X SSC, das 0,1 % SDS enthielt, und einmal mit 0,1X SSC, das 0,1 % SDS enthielt. Alle Waschschritte erfolgten bei 68 °C. Das SSC wurde als eine Stammlösung wie folgt erzeugt: 20X SSC: 3 M NaCl, 0,3 M Natriumcitrat wurden in destilliertem aufgelöst und autoklaviert, nachdem der pH auf 7,0 eingestellt worden war.The Filter was then washed twice with 2X SSC, once with 2X SSC, containing 0.1% SDS and once with 0.1X SSC containing 0.1% SDS. All washes were at 68 ° C. The SSC was considered as a stock solution produced: 20X SSC: 3M NaCl, 0.3M sodium citrate were distilled in disbanded and autoclaved after the pH was adjusted to 7.0.
Das Filter wurde mit Saran-Hülle abgedeckt und 16 Stunden lang bei Raumtemperatur einem Röntgenfilm (RX, Fuji) ausgesetzt.The Filter was made with Saran shell covered and X-ray film for 16 hours at room temperature (RX, Fuji) exposed.
Jeder Stamm von M. tuberculosis, der an Sonde 9 hybridisierte, zeigte mehrere Hybridisierungsbanden; manche Elemente dieser Struktur variierten von Stamm zu Stamm, während andere konstant blieben. M. bovis und BCG hybridisierten auch an Sonde 9 mit einer Struktur, die die konservierten Eigenschaften der M.-tuberculosis-Struktur beibehielt.Everyone Strain of M. tuberculosis hybridizing to probe 9 several hybridization bands; some elements of this structure varied from tribe to tribe while others remained constant. M. bovis and BCG also hybridized Probe 9 with a structure showing the conserved properties the M. tuberculosis structure maintained.
Die folgenden Spezies von Mycobakterien (ein Stamm jeweils, sofern nicht anders angegeben) hybridisierten nicht mit signifikantem Ausmaß mit Sonde 9: M. paratuberculosis, M. intracellulare, M. scrofulaceum, M. phlei, M. fortuitum (drei Stämme), M. kansasii, M. avium, M. malnioense, M. flavescens, M. gordonae und M. chelonei (zwei Stämme).The following species of mycobacteria (one strain each, if not otherwise stated) did not hybridize with probe to any significant extent 9: M. paratuberculosis, M. intracellulare, M. scrofulaceum, M. phlei, M. fortuitum (three strains), M. kansasii, M. avium, M. malnioense, M. flavescens, M. gordonae and M. chelonei (two strains).
Eine
Restriktionskarte von Sonde 9 ist in
Sonde 5Probe 5
Studien zu Sonde 5 zeigten, dass sie eine Sequenz umfasst, die für ein Insertionselement (bezeichnet als IS986) kodiert, das in einer variablen Anzahl an Kopien (bis zu etwa 15) in M. tuberculosis, M. bovis, M. africanum, M. microti und M. bovis BCG des M.-tuberculosis-Komplexes vorhanden zu sein scheint. Das Insertionselement wurde mit den zuvor beschriebenen, in E. coli gefundenen Insertionselementen IS 3 und IS 3411 verglichen. Das Insertionselement von Sonde 5 weist eine enge Homologie zu IS 3411 auf, das möglicherweise für eine Transposase kodiert.studies to probe 5 showed that it comprises a sequence that is responsible for an insertion element (referred to as IS986) encoded in a variable number Copies (up to about 15) in M. tuberculosis, M. bovis, M. africanum, M. microti and M. bovis BCG of the M. tuberculosis complex are present seems to be. The insertion element was designed with the previously described compared to insertion elements IS 3 and IS 3411 found in E. coli. The insertion element of probe 5 has a close homology to IS 3411, that may be for one Transposase encoded.
Eine
Restriktionskarte von Sonde 5 ist in
Die
Sequenz von 5C ist in
Eine
Untersuchung des Insertionselements zeigte einen langen offenen
Leseraster (ORFb: Basen 274 bis 1.311) mit einem potentiellen Translations-Startcodon
(GUG) an Position 478 und einem anderen (ORFc) in der reversen Richtung
(1.107 bis 622) (
Eine
vielfache Abgleichung dieser Sequenzen und jener der IS3-Transposase
(K.P. Timmerman & C-P.D.
Tu, Nucleic Acids Research 13, 2127–2139 (1985)) zeigt einen ausgeprägten Grad
an Ähnlichkeit,
außer
für den
C-terminalen Abschnitt des IS3411-Proteins. Die unterschiedliche
Struktur dieser Region von IS3411 geht auch eindeutig aus der Abgleichung
der mutmaßlichen
Transposasen (Proteine, die es dem DNA-Segment, das das Insertionselement,
gebunden durch invertierte Wiederholungssequenzen, umfasst, ermöglicht,
an anderen Stellen des Genoms zu exzidieren und insertieren) von
IS3 und IS3411 hervor, wie von Ishiguro & Sato (1988) gezeigt wurde. Ein Vergleich
der Produkte aller drei Leseraster der kompletten Sequenzen von
IS3, IS3411 und IS986 zeigte jedoch Homologie des C-terminalen Abschnittes
des IS986-ORFb mit dem -1-Raster von IS3411. Eine mehrfache Abgleichung, die
ein IS3411-Produkt mit einer vermuteten Rasterverschiebung (
Die
Sequenz vor dem potentiellen Startcodon in ORFb (GUG478)
weist nur schwache Ähnlichkeit
mit einer Consensus-Shine-Dalgarno-Sequenz auf, die möglicherweise
nicht signifikant ist. Daher wurde die Beschaffenheit des möglichen
Translationsbeginns von ORFb mittels einer Untersuchung der Stromauf-Region
erforscht. Der Drei-Raster-Vergleich des Translationsprodukts von
IS3, IS3411 und IS986 zeigten weitere Ähnlichkeiten in dieser Region an.
Sowohl in IS3 als auch in IS3411 geht dem mutmaßlichen Transposase-Gen (ORFb)
ein offener Leseraster von etwa 300 Basenpaaren mit guten Translationsstartsignalen
voran (N. Ishiguro & G.
Sato, Journal of Bacteriology 170, 1902–1906 (1988); und S. Matsutani,
N. Ohtsubo, Y. Maeda & E.
Ohtsubo, Journal of Molecular Biology 196, 445–455 (1987)). Die vermuteten
Produkte der relevanten Regionen dieser ORF ordnen sich gut mit
jenen von ORFa1 und ORFa an (
Das IS986-ORFa1 hat ein potentielles Startcodon (AUG) an Position 54, dem eine purinreiche Region mit mehreren möglichen Zuordnungen von Sequenzen vorangeht, die fünf von sieben Basen aufweist, die mit der Consensus-Shine-Dalgarno-Sequenz übereinstimmen. Es wird angenommen, dass Translation der mutmaßlichen Transposase (ORFb) mit mehreren anderen Mitgliedern der IS3-Familie durch Durchlesen von ORFa auftritt. Sowohl in IS3411 als auch in IS3 überlappt das Translations-Stoppsignalende ORFa das mutmaßliche Startcodon für ORFb mit der Sequenz AULA. Ein Ribosom, das an diesem Punkt endet, könnte daher am überlappenden AUG-Codon neu initiieren. Obwohl ORFa2 jedoch ORFb überlappt, gibt es in IS986 kein potentielles Startcodon in der überlappenden Region von ORFb.The IS986 ORFa1 has a potential start codon (AUG) at position 54, the one purin-rich region with several possible assignments of sequences precedes, the five of seven bases that agree with the consensus Shine-Dalgarno sequence. It is believed that translation of the putative transposase (ORFb) with several other members of the IS3 family by reading through ORFa occurs. In both IS3411 and IS3, the translation stop signal tail overlaps ORFa the suspected Start codon for ORFb with the sequence AULA. A ribosome that ends up at this point could therefore overlapping Re-initiate the AUG codon. Although ORFa2 overlaps ORFb, there is no potential start codon in the overlapping one in IS986 Region of ORFb.
Es wurde gezeigt, dass ribosomale Rasterverschiebung, die ein Fusionsprotein erzeugt, in IS1 (Y. Sekine & E. Ohtsubo, Proceedings of the National Academy of Sciences USA 86, 4609–4613 (1989)) in einer Region auftritt, in der zwei ORF, möglicherweise an der Sequenz UUUAAAAAC, überlappen. IS3411, IS3 und IS600 enthalten alle Serien von 5–7 A-Resten in der Überlappungsregion zwischen den zwei ORF. Die Überlappungsregion zwischen ORFa2 und ORFb in IS986 enthält keine so lange Adeninserie, die Sequenz UUUUAAAG (324–331) jedoch kann ein Kandidat für solch ein Rasterverschiebungsereignis sein. Translations-Rasterverschiebung in der -1-Richtung tritt in anderen prokaryotischen Genen auf, die keine gemeinsame Sequenz aufzuweisen scheinen (J.F. Atkins, R.F. Gesteland, B.R. Reid & C.W. Anderson, Cell 18, 1119–1131 (1979)).It was shown to be ribosomal frameshift that is a fusion protein generated in IS1 (Y. Sekine & E. Ohtsubo, Proceedings of the National Academy of Sciences USA 86, 4609-4613 (1989)) occurs in a region where two ORFs, possibly at the sequence UUUAAAAAC, overlap. IS3411, IS3 and IS600 contain all series of 5-7 A residues in the overlap region between the two ORF. The overlapping region between ORFa2 and ORFb in IS986 does not contain such a long adenine series, the sequence UUUUAAAG (324-331) however, a candidate for be such a raster shift event. Translational frameshift in the -1 direction occurs in other prokaryotic genes, the have no common sequence (J.F. Atkins, R.F. Gesteland, B.R. Reid & C.W. Anderson, Cell 18, 1119-1131 (1979)).
Die Bedeutung von ORFc am reversen Strang ist nicht eindeutig bestimmt. Dem ersten potentiellen Startcodon (AUG1002) geht nichts voran, das einer Shine-Dalgarno-Sequenz ähnlich ist. Obwohl die Analyse von ORFc bestätigt, dass es eine translatierte Sequenz ist, stimmt er mit ORFb am anderen Strang überein, und die analytischen Verfahren an den zwei Strängen sind nicht unabhängig voneinander. Schwartz et al. (E. Schwartz, M. Kroger & B. Rak, Nucleic Acids Research 14, 6789-6802 (1988)) identifizierten einen ähnlichen ORF im E.-coli-Element IS150, das eine kodierende Funktion aufzuweisen scheint. Die Gegenwart von ORF am reversen Strang ist eine gemeinsame Eigenschaft anderer IS-Elemente, und es wird erachtet, dass sie in die Regulierung von Transposition möglicherweise durch das Erfordernis für beide Proteine eingebunden sind, wodurch sichergestellt wird, dass das IS-Element nicht grundlos durch externe Transkription aktiviert werden kann (D.J. Galas und M. Chandler in Mobile DNA (D.E. Berg und M.M. Howe, Hrsg.), 109–162, American Society for Microbiology, Washington (1989)). Weitere Untersuchung sind erforderlich, um die tatsächliche Beschaffenheit der Translations- (und Transkriptions-) Steuersignale, die in M. tuberculosis wirken, zu definieren.The importance of ORFc on the reverse strand is not clearly determined. The first potential start codon (AUG 1002 ) is not preceded by anything similar to a Shine-Dalgarno sequence. Although the analysis of ORFc confirms that it is a translated sequence, it agrees with ORFb at the other strand, and the analytical procedures on the two strands are not independent. Schwartz et al. (Schwartz, M. Kroger & B. Rak, Nucleic Acids Research 14, 6789-6802 (1988)) identified a similar ORF in E. coli element IS150, which appears to have a coding function. The presence of ORF on the reverse strand is a common feature of other IS elements, and it is considered that they may be involved in the regulation of transposition by the requirement for both proteins, thereby ensuring that the IS element is not groundless External transcription can be activated (DJ Galas and M. Chandler in Mobile DNA (DE Berg and MM Howe, Ed.), 109-162, American Society for Microbiology, Washington (1989)). Further investigation is needed to define the true nature of the translational (and transcriptional) control signals that act in M. tuberculosis.
Die
Basenzusammensetzung von IS986 ist mit 64 % G+C typisch für M. tuberculosis.
Daher ist es nicht überraschend,
dass die Homologie mit den anderen Mitgliedern der IS3-Familie,
die hinsichtlich von Protein so stark ausgeprägt ist, hinsichtlich der DNA
viel weniger auffällig
ist (Daten nicht dargestellt). Es gibt jedoch einen ausgeprägten Ähnlichkeitsgrad
der invertierten Wiederholungssequenzenden mit den anderen Mitgliedern
der IS3-Familie, insbesondere IS3411 (
Die
Abgleichung der potentiellen Translationsprodukte der offenen Leseraster
der Insertionssequenz vom 5-kb-DNA-Fragment von M. tuberculosis (IS986)
mit jenen von IS3411 und IS3 ist in
Sonde 5 wurde durch Hybridisierungsexperimente, die im Wesentlichen jenen für Sonde 9 beschriebenen Experimenten gleichen, mit 22 Isolaten von M. tuberculosis sowie M. bovis und BCG getestet. Die Bedingungen waren dieselben wie zuvor für Sonde 9 beschrieben, außer, dass die Autoradiographie 6,5 h lang bei Raumtemperatur erfolgte.probe 5 was determined by hybridization experiments, essentially those for probe 9 experiments, with 22 isolates of M. tuberculosis and M. bovis and BCG. The conditions were the same as before for probe 9 described, except, autoradiography was performed at room temperature for 6.5 hours.
Jeder M.-tuberculosis-Stamm wies zwischen fünf und fünfzehn stark hybridisierende Fragmente sowie zahlreiche schwächere Banden auf. Die Anzahl der Banden und die Stärke des Signals sowie die Variation zwischen den Stämmen gab die Gegenwart eines zufällig insertierten repetitiven DNA-Elements im Chromosom dieser Stämme an.Everyone M. tuberculosis strain had between five and fifteen strongly hybridizing Fragments as well as numerous weaker ones Gangs up. The number of bands and the strength of the signal as well as the variation between the tribes gave the presence of a random inserted repetitive DNA element in the chromosome of these strains.
M. bovis und BCG wiesen eine einfachere Struktur von zwei bzw. drei Hauptbanden auf. Diese Organismen könnten daher leicht von M. tuberculosis und untereinander unterschieden werden.M. bovis and BCG had a simpler structure of two and three, respectively Main gangs on. These organisms could therefore be easily affected by M. tuberculosis and be differentiated among themselves.
Die folgenden Spezies von Mycobakterien (ein Stamm jeweils, sofern nicht anders angegeben) hybridisierten nicht mit Sonde 5: M. paratuberculosis, M. intracellulare, M. scrofulaceum, M. phlei, M. fortuitum (drei Stämme), M. kansasii, M. avium, M. malnioense, M. flavescens, M. gordonae und M. chelonei (zwei Stämme).The following species of mycobacteria (one strain each, if not otherwise stated) did not hybridize with probe 5: M. paratuberculosis, M. intracellulare, M. scrofulaceum, M. phlei, M. fortuitum (three strains), M. kansasii, M. avium, M. malnioense, M. flavescens, M. gordonae and M. chelonei (two strains).
Sonde 5 war daher spezifisch für den M.-tuberculosis-Komplex und war darüber hinaus in der Lage, zwischen M. tuberculosis, M. bovis und BCG und zwischen den Stämmen von M. tuberculosis zu unterscheiden.probe 5 was therefore specific to the M. tuberculosis complex and was also able to intervene M. tuberculosis, M. bovis and BCG and between the strains of M. tuberculosis to distinguish.
Fragment 5A am Southern-Blot hybridisiert stark und spezifisch mit DNA von M. tuberculosis H37Rv und H37Ra und M. bovis BCG, woraus in jedem identische Banden mit einer Größe von 2,1 und 0,65 kpb entstehen, obwohl nicht notwendigerweise bei jedem Stamm von M. tuberculosis Banden dieser Größe entstehen.Fragment 5A on the Southern blot hybridizes strongly and specifically with DNA from M. tuberculosis H 37 Rv and H 37 Ra and M. bovis BCG, resulting in identical bands of 2.1 and 0.65 kpb each, although not necessarily arise at every strain of M. tuberculosis bands of this size.
GEWERBLICHE ANWENDBARKEITCOMMERCIAL APPLICABILITY
Ein Teil oder alle der Sequenzen, die identifiziert wurden und Teile der oder die gesamte Sonde 5 umfassen, können als Gensonden verwendet werden. Insbesondere können alle oder ein Teil der Sequenzen, die in 5C und 5B als das Insertionselement darstellend identifiziert wurden, als Gensonden verwendet werden. Wenn solche Sonden in Hybridisierungsuntersuchungen an gespaltener genomischer DNA aus bakteriellen Proben des M.-tuberculosis-Komplexes verwendet werden, werden charakteristische Bandenmuster erzeugt, und daher sind solche Sonden als diagnostische oder epidemiologische Instrumente nützlich. Nicht nur verschiedene Spezies, sondern auch verschiedene Stämme innerhalb einer Spezies produzieren charakteristische Bandenmuster. Dies ist besonders nützlich für zur Unterscheidung von M. bovis und M. bovis BCG von anderen Spezies, und auch von M. bovis von M. bovis BCG. Sonde 5A könnte als eine generische Sonde zur Detektion aller Bestandteile des M.-tuberculosis-Komplexes verwendet werden.One Part or all of the sequences that have been identified and parts the or the entire probe 5 may be used as gene probes become. In particular, you can all or part of the sequences representing the insertion element in Figs. 5C and 5B were identified as being used as gene probes. If such Probes in hybridization studies on cleaved genomic DNA used from bacterial samples of the M. tuberculosis complex become characteristic band patterns are generated, and therefore Such probes are diagnostic or epidemiological instruments useful. Not only different species, but also different strains within one Species produce characteristic band patterns. This is special useful for to Distinction of M. bovis and M. bovis BCG from other species, and also M. bovis of M. bovis BCG. Probe 5A could be considered a generic probe for the detection of all components of the M. tuberculosis complex be used.
Die Nützlichkeit von Sonde 5 oder eines Fragments davon als diagnostisches Instrument ist größtenteils auf die folgenden Eigenschaften zurückzuführen.
- a) Das Insertionselement wurde nur in Bestandteilen des M.-tuberculosis-Komplexes (M. tuberculosis, M. bovis, M. africanum und M. microti) und weder in nicht-pathogenen, umgebenden Mycobakterien noch in M. leprae gefunden.
- b) Unter Verwendung von Southern-Blot-Analyse mit Sonde 5 (oder einem Teil des Insertionselements in 5) als eine Sonde wird bei jedem getesteten M.-tuberculosis-Isolat (22 bis heute) eine andere Bandenstruktur sichtbar. Dies könnte ein äußerst effizientes Instrument für epidemiologische Studien zur Erforschung von Tuberkulose-Übertragung sein.
- c) Sie ist eine der ersten Sonden, die Unterschiede zwischen M. tuberculosis und M. bovis und, was möglicherweise noch wichtiger ist, zwischen M. bovis und M. bovis BCG aufzeigt.
- d) Die Verwendung des Insertionselements als eine Sonde zur Unterscheidung von M. bovis BCG von M. bovis und M. tuberculosis ist bei Patienten mit verbreiteter BCG-Infektion nach einer Impfung oder Schwächung des Immunsystems nützlich.
- e) Insertionselemente (durch zwei Insertionselemente flankiert) sind nützliche genetische Instrumente zur Charakterisierung unbekannter Gene.
- a) The insertion element was found only in components of the M. tuberculosis complex (M. tuberculosis, M. bovis, M. africanum and M. microti) and neither in non-pathogenic, surrounding mycobacteria nor in M. leprae.
- b) Using Southern blot analysis with probe 5 (or part of the insertion element in Figure 5) as a probe, a different band structure is seen in each M. tuberculosis isolate tested (22 to date). This could be a very efficient tool for epidemiological studies on tuberculosis transmission research.
- c) It is one of the first probes to show differences between M. tuberculosis and M. bovis and, perhaps more importantly, between M. bovis and M. bovis BCG.
- d) The use of the insertion element as a probe to distinguish M. bovis BCG from M. bovis and M. tuberculosis is useful in patients with widespread BCG infection following vaccination or weakening of the immune system.
- e) Insertion elements (flanked by two insertion elements) are useful genetic tools for the characterization of unknown genes.
Somit stellen die Erfinder hierin zahlreiche Möglichkeiten zur Unterscheidung bakterieller Bestandteile des M.-tuberculosis-Komplexes sowohl untereinander als auch von anderen Bakterien, die nicht zum Komplex gehören, und zur Charakterisierung dieser bereit.Consequently The inventors herein provide numerous possibilities for distinction bacterial constituents of the M. tuberculosis complex with each other as well as other bacteria that do not belong to the complex, and to characterize this ready.
Beispielsweise
kann DNA aus einer Bakterienprobe mit einem bestimmten Restriktionsenzym verdaut
und eine Hybridisierungsanalyse (gemäß den herkömmlichen Verfahren) durchgeführt werden, wobei
als eine Sonde ein hierin offenbartes Fragment der DNA verwendet
wird, wobei dieses Fragment nicht die Restriktionsstelle enthält, die
zum Spalten der Proben-DNA verwendet wird. Beispielsweise wurde
ein BamHI --> Xho
I-Fragment (oder ein Teil davon) von Sonde 5/5C (siehe
Der Einsatz einer Sonde, die die Restriktionsstelle enthält, die zum Spalten der Proben-DNA verwendet wurde, führt zu vielfacher Bandenhybridisierung, die auch auftritt, wenn die Proben-DNA vielfache Kopien z.B. des Insertionselements aufweist, wie es für die meisten Bestandteile des M.-tuberculosis-Komplexes der Fall zu sein scheint. Dennoch können die Bandenhybridisierungs-Strukturen verwendet werden, um zwischen unterschiedlichen Stämmen derselben Spezies und zwischen unterschiedlichen Spezies des M.-tuberculosis-Komplexes zu unterscheiden. Eine generische Sonde zur Detektion aller Bestandteile des M.-tuberculosis-Komplexes muss nicht DNA aus der Insertionssequenz enthalten, könnte jedoch ausschließlich von der flankierenden DNA stammen, wie beispielsweise das PvuII-EcoRI-Fragment 5A, wie zuvor erläutert.Of the Using a probe containing the restriction site, the used to cleave the sample DNA results in multiple band hybridization, which also occurs when the sample DNA has multiple copies, e.g. of Insertion element, as is the case for most components M. tuberculosis complex seems to be the case. Nevertheless, the Banding hybridization structures can be used to differentiate between different strains Species and between different species of the M. tuberculosis complex to distinguish. A generic probe for the detection of all components The M. tuberculosis complex does not need DNA from the insertion sequence could contain however exclusively derived from the flanking DNA, such as the PvuII-EcoRI fragment 5A, as previously explained.
Die Existenz einer Insertionssequenz in M. tuberculosis, die so eng mit den charakterisierten IS-Elementen aus der Enterobacteriaceae verwandt ist, ist in zahlreichen Aspekten von erheblicher Bedeutung. Die detektierten, vielfachen Restriktionsfragmentlängen-Polymorphismen (Z.F. Zainuddin & J.W. Dale, Journal of General Microbiology 135, 2347–2355 (1989)) wiesen darauf hin, dass zahlreiche Kopien von IS986 an unterschiedlichen Stellen in unterschiedlichen Isolaten von M. tuberculosis insertiert sind. In diesem Aspekt unterscheidet es sich von anderen, erst jüngst beschriebenen repetitiven Elementen aus Mycobakterien (J.E. Clark-Curtiss & G.P. Walsh, Journal of Bacteriology 171, 4844–4851 (1989); J.E. Clark-Curtiss & M.A. Docherty, Journal of Infectious Diseases 159, 7–15 (1989); und E.P. Green, M.L.V. Tizard, M.T. Moss, J. Thompson, D.J. Winterbourne, J.J. McFadden & J. Hermon-Taylor, Nucleic Acids Research 17, 9063–9072 (1989)), die identische Southern-Blot-Strukturen mit unterschiedlichen Isolaten ergeben. Dies lässt darauf schließen, dass IS986 ein funktionelles, transponibles Element in Mycobakterien ist, das erheblichen Wert für Transposon-Mutagenese mycobakterieller Spezies haben könnte. Die Transponibilität von IS986 kann durch ribosomale Rasterverschiebung in der Überlappung zwischen ORFa und ORFb reguliert werden, wie für IS1 nachgewiesen wurde (Y. Sekine & E. Ohtsubo, Proceedings of the National Academy of Sciences USA 86, 4609–4613 (1989)).The Existence of an insertion sequence in M. tuberculosis that is so close with the characterized IS elements of the Enterobacteriaceae is significant in many aspects. The detected, multiple restriction fragment length polymorphisms (Z. F. Zainuddin & J.W. Dale, Journal of General Microbiology 135, 2347-2355 (1989)) There are numerous copies of IS986 in different places are inserted in different isolates of M. tuberculosis. In this aspect, it differs from others, most recently described Mycobacterial Repetitive Elements (J.E. Clark-Curtiss & G. P. Walsh, Journal of Bacteriology 171, 4844-4851 (1989); J.E. Clark-Curtiss & M.A. Docherty, Journal of Infectious Diseases 159, 7-15 (1989); and E.P. Green, M.L.V. Tizard, M.T. Moss, J. Thompson, D.J. Winterbourne, J.J. McFadden & J. Hermon-Taylor, Nucleic Acids Research 17, 9063-9072 (1989)), the identical Southern blot structures with different isolates result. This leaves conclude that IS986 a functional, transposable element in mycobacteria is the significant value for Transposon mutagenesis of mycobacterial species could have. The Transponibilität of IS986 may be due to ribosomal frame shift in the overlap between ORFa and ORFb are regulated as demonstrated for IS1 (Y. Sekine & E. Ohtsubo, Proceedings of the National Academy of Sciences USA 86, 4609-4613 (1989)).
Die Gegenwart von IS986 in klinisch isolierten Stämmen von M. tuberculosis aus zahlreichen verschiedenen Quellen (Z.F. Zainuddin & J.W. Dale, Journal of General Microbiology 135, 2347–2355 (1989)) und die Beziehung mit den IS-Elementen von E. coli und Sh. sonnei lassen auf die Möglichkeit schließen, genetisches Material unter M.-tuberculosis-Stämmen zu transferieren als auch dieses aus gram-negativen Bakterien zu erhalten. Es wurde darauf hingewiesen (Z.F. Zainuddin & J.W. Dale, Tubercle 71, im Druck (1990)), dass zumindest manche klinischen Stämme von M. tuberculosis Plasmide in sich tragen und dass diese eine Rolle bei der Verbreitung solcher Elemente spielen können; die Fähigkeit mancher E.-coli-Plasmide, sich in Mycobakterien zu vervielfältigen (Z. Zainuddin, Z. Kunze & J.W. Dale, Molecular Microbiology, 29–34 (1989)), kann Insertionssequenzen möglicherweise die Fähigkeit verliehen haben, von E. coli auf M. tuberculosis überzugreifen. Diese Verbindung konnte jedoch in M. tuberculosis noch nicht endgültig bewiesen werden, und der Organismus hat normalerweise eine Einzelexistenz, abgesehen von zufälligen Zusammentreffen mit anderen Organismen, z.B. im Darm. Daher würde die Übertragung von Plasmiden, die Insertionssequenzen in sich tragen, möglicherweise ein seltenes Ereignis sein. Die Zusammensetzung des IS-Elements mit hohem G+C-Gehalt weist darauf hin, dass seine Aufnahme durch M. tuberculosis kein neu vorkommendes Ereignis ist. Diese Fragen könnten durch eine Untersuchung des Verhaltens dieser Insertionssequenz in Laborstämmen und klinischen Isolaten beantwortet werden.The Presence of IS986 in clinically isolated strains of M. tuberculosis numerous sources (Z.F. Zainuddin & J.W. Dale, Journal of General Microbiology 135, 2347-2355 (1989)) and the relationship with the IS elements of E. coli and Sh. sonnei suggest the possibility of genetic To transfer material under M. tuberculosis strains as well to get this from gram-negative bacteria. It was on it Z. Zainuddin & J.W. Dale, Tubercle 71, in press (1990)) that at least some clinical strains of M. tuberculosis carry plasmids in themselves and that this one Play a role in the dissemination of such elements; the Ability of some E. coli plasmids to multiply into mycobacteria (Z. Zainuddin, Z. Kunze & J.W. Dale, Molecular Microbiology, 29-34 (1989)), may include insertion sequences possibly the ability conferred by E. coli on M. tuberculosis. However, this compound has not yet been definitively proven in M. tuberculosis and the organism usually has a single existence, apart from random Meeting other organisms, e.g. in the gut. Therefore, the transfer would of plasmids carrying insertion sequences to be a rare event. The composition of the IS element with high G + C content indicates that its uptake by M. tuberculosis is not a newly occurring event. These questions could be answered by a Investigation of the behavior of this insertion sequence in laboratory strains and clinical isolates are answered.
IS986 kommt in allen Spezies des M.-tuberculosis-Komplexes vor, obwohl die Kopienanzahl variiert, und es ist in anderen mycobakteriellen Spezies nicht zu finden (Z.F. Zainuddin & J.W. Dale, Journal of General Microbiology 135, 2347–2355 (1989)). Daher sind Sonden auf der Grundlage von IS986 für pathogene Mycoakterien hochspezifisch. In Verbindung mit der Verwendung der Polymerase-Kettenreaktion (PCR) stellt dies ein außergewöhnlich empfindliches System zur Detektion und Spezifikation von M. tuberculosis in klinischen Mustern bereit. Der extensive Polymorphismus von mit dieser Sonde getesteten M.-tuberculosis-Isolaten (Z.F. Zainuddin & J.W. Dale, Journal of General Microbiology 135, 2347–2355 (1989)) ermöglicht die Durchführung äußerst präziser epidemiologischer Untersuchungen durch Fingerprinting von klinischen Isolaten. Mit diesem System ergeben alle, bis auf die am engsten miteinander verwandten, Isolate unterschiedliche Strukturen hybridisierender Restriktionsfragmente, und dadurch wird es möglich sein, die Verteilung verschiedener Stämme von M. tuberculosis innerhalb einer Gemeinschaft ausfindig zu machen.IS986 occurs in all species of the M. tuberculosis complex, though the copy number varies, and it is different in mycobacterial Species not found (Z.F. Zainuddin & J.W. Dale, Journal of General Microbiology 135, 2347-2355 (1989)). Therefore, probes based on IS986 are pathogenic Mycobacteria highly specific. In conjunction with the use of the Polymerase chain reaction (PCR) makes this an exceptionally sensitive System for the detection and specification of M. tuberculosis in clinical Patterns ready. The extensive polymorphism of this probe M. tuberculosis isolates tested (Z. F. Zainuddin & J.W. Dale, Journal of General Microbiology 135, 2347-2355 (1989)) allows the Carrying out extremely precise epidemiological Examinations by fingerprinting of clinical isolates. With In this system, all but the most closely related, Isolates different structures of hybridizing restriction fragments, and that makes it possible be the distribution of different strains of M. tuberculosis within to locate a community.
Sonde 12Probe 12
"Sonde 12" ist ein EcoRI-Fragment von etwa 25,2 kb aus M. tuberculosis NCTC 7416 H37Rv, das durch Screenen einer Bibliothek von EcoRI-verdautem H37Rv unter stringenten Bedingungen mit H37Rv-DNA und durch Isolieren eines stark hybridisierenden Klons erhalten wurde."Probe 12" is an approximately 25.2 kb EcoRI fragment from M. tuberculosis NCTC 7416 H 37 Rv obtained by screening a library of Eco RI digested H 37 Rv under stringent conditions with H 37 Rv DNA and isolating a strongly hybridizing clones was obtained.
Das
25,2-kb-EcoRI-Fragment wird durch PvuII zu Fragmenten von etwa 8,9
kb, 3,8 kb, 3,5 kb, 3,0 kb (Fragment 12J), 1,8 kb (Fragment 12B),
1,6 kb, 1,4 kb und 1,2 kb (Fragment 12A) verdaut. Das 1,2-kb-12A-Fragment
ist M.-tuberculosis-Komplex-spezifisch
und nicht mit Sonden 5 oder 9 verwandt.
Sonde 8Probe 8
Diese beschreibt ein Eco-RV-Fragment von etwa 16,1 kb, das durch Hybridisierungs-Screenen einer Eco-RV-Bibliothek von H37Rv isoliert wurde.This describes an Eco RV fragment of about 16.1 kb isolated by hybridization screening of an Eco RV library of H 37 Rv.
Wird sie als eine Sonde an Southern-Blot mit DNA von M. tuberculosis verwendet, so bindet sie sich an zahlreiche Fragmente. Bei PvuII-Verdau bringt sie Fragmente einer Größe von etwa 5,6 kb, 4,8 kb, 2,1 kb, 2,0 kb, 0,9 kb und 0,7 kb hervor. Sie scheint mit Sonden 5 und 12 nicht verwandt zu sein.Becomes as a probe on Southern blot with M. tuberculosis DNA used, it binds to numerous fragments. When PvuII digestion brings they are fragments of a size of about 5.6 kb, 4.8 kb, 2.1 kb, 2.0 kb, 0.9 kb and 0.7 kb. it seems not related to probes 5 and 12.
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